智慧城市(smart city)這一概念發(fā)端于20世紀80年代的信息城市，目前，在歐洲和北美已有數(shù)百座城市宣布建設智慧城市。本文著重探討大數(shù)據(jù)時代背景下智慧城市規(guī)劃的國際實踐經(jīng)驗。首先，文章回顧了信息與通信技術(shù)與智慧城市概念的演進歷程;在此基礎上根據(jù)十余個國外典型智慧城市案例，梳理了當前大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)在智慧城市規(guī)劃與建設中的應用;最后，指出目前大數(shù)據(jù)相關(guān)應用仍處于起步探索階段，大數(shù)據(jù)時代的智慧城市規(guī)劃在理論與實踐層面面臨著一系列挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞： 智慧城市，大數(shù)據(jù)，國際經(jīng)驗，城市規(guī)劃

智慧城市(smart city)這一概念發(fā)端于20世紀80年代的信息城市(information city)[1]，經(jīng)歷了20世紀90年代的智能城市(intelligent city)與數(shù)字城市(digital city)[2，3]，在2000年后逐步演化為智慧城市[4]。2009年IBM公司首次提出了智慧城市愿景，使得智慧城市理念與實踐在全球范圍內(nèi)迅速傳播。目前，在歐洲和北美已有數(shù)百座城市宣布建設智慧城市，IBM公司參與的智慧城市項目多達2 500余個[5]，微軟、思科、西門子、日立、松下等科技公司以及埃森哲、奧雅納等商業(yè)或工程咨詢公司也在積極涉足智慧城市建設，預計至2020年智慧城市相關(guān)產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模將達到4 000億美元[6]。

與智慧城市同時備受關(guān)注的是信息與通信技術(shù)(ICT：Information and Communications Technology)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)(Big Data)概念。作為與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)相區(qū)別的“大”數(shù)據(jù)，它的數(shù)據(jù)量已經(jīng)從太字節(jié)(TB，240)級上升到拍字節(jié)(PB，250)級，甚至是澤字節(jié)(ZB，270)級[7]。據(jù)統(tǒng)計，如今人們每兩天生產(chǎn)的數(shù)據(jù)量就與人類文明發(fā)展至2003年產(chǎn)生的總數(shù)據(jù)量相當，而迄今為止人類所積累的數(shù)據(jù)量的90%都來自過去兩年[5]。

那么，大數(shù)據(jù)與智慧城市這兩個經(jīng)常被相提并論的概念之間存在怎樣的關(guān)聯(lián)關(guān)系?在具體的智慧城市規(guī)劃中，大數(shù)據(jù)又扮演著什么角色，具有怎樣的發(fā)展前景?本文將著重探討上述問題。

1 大數(shù)據(jù)與智慧城市：演進與關(guān)聯(lián)

1.1 智慧城市

然而，智慧城市概念也受到了許多質(zhì)疑[10]，主要原因在于智慧城市內(nèi)涵寬泛，不僅包括城市技術(shù)系統(tǒng)，也包括城市管理系統(tǒng)，還包括城市人文系統(tǒng)，同時其目標指向也涉及經(jīng)濟、政治、人文等多個維度，為智慧城市的確切定義造成了極大困難。目前學術(shù)界對于智慧城市尚未給出廣為認可的統(tǒng)一定義，僅有一個包含六個子系統(tǒng)的智慧城市框架被較多使用，這六個子系統(tǒng)分別是：智慧經(jīng)濟(smart economy)、智慧市民(smart people)、智慧管理(smart governance)、智慧移動(smart mobility)、智慧環(huán)境(smart environment)與智慧生活(smart living)[4]。而產(chǎn)業(yè)界對智慧城市的認識可總結(jié)為利用新一代的軟、硬件和聯(lián)絡技術(shù)賦予ICT系統(tǒng)以實時的真實世界數(shù)據(jù)，與先進的科學分析技術(shù)相結(jié)合，協(xié)助人們進行更加理性的決策，從而提高生產(chǎn)生活水平[11，12]。

1.2 大數(shù)據(jù)

如今，人們每天發(fā)送10萬條推特，谷歌每分鐘執(zhí)行200萬次搜索，全世界每天產(chǎn)生2.5艾字節(jié)(EB，260)數(shù)據(jù)，截至2013年互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)量已達到1 000艾字節(jié)……這些數(shù)字共同構(gòu)成了所謂“大數(shù)據(jù)”。早在1980年，著名未來學家阿爾文·托夫勒就在《第三次浪潮》一書中提及了“大數(shù)據(jù)”;大約2009年，大數(shù)據(jù)概念開始在ICT領(lǐng)域興起。不同機構(gòu)和學者為大數(shù)據(jù)提出過多種不同定義，其中較被廣泛認可的是描述大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)主要差別的“3V”特征--大容量(volume)、高速度(velocity)與多樣性(variety)[13]。大容量體現(xiàn)為其數(shù)據(jù)量往往達到艾字節(jié)或澤字節(jié)級別，很難以傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方式在合理時間內(nèi)完成分析;高速度體現(xiàn)為數(shù)據(jù)生成過程的流動速度，也就是大數(shù)據(jù)具有實時性;而多樣性則主要表現(xiàn)在大數(shù)據(jù)類型和來源的多樣。這些特點使得能夠有效管理大數(shù)據(jù)、普遍適用的數(shù)據(jù)組織與處理技術(shù)成為關(guān)鍵[14]。

1.3 演進與關(guān)聯(lián)

表1：ICT數(shù)據(jù)管理方法與智慧城市的演進與關(guān)聯(lián) 年代 ICT數(shù)據(jù)管理技術(shù)特點 城市演進階段

2 大數(shù)據(jù)時代的智慧城市規(guī)劃實踐：國際案例與經(jīng)驗

由上文可以看出，智慧城市這一概念來自于產(chǎn)業(yè)界，并由政府和產(chǎn)業(yè)界推動實踐，而學術(shù)界雖然也已開展相關(guān)研究，但尚未成為智慧城市建設的主要推動力，且部分研究與應用實踐尚有一定差距。因此，本文將主要圍繞各地政府或產(chǎn)業(yè)界主導的相關(guān)建設項目，對大數(shù)據(jù)時代的智慧城市規(guī)劃實踐予以梳理。由于提出時間尚短，目前關(guān)于智慧城市還未出現(xiàn)成熟的評價體系，僅有來自柯恩(Boyd Cohen)教授的“十佳智慧城市排名”較被認可，本文參考這一系列排名(世界排名及洲排名)，綜合考慮大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)在各地的應用水平，選擇10座智慧城市為重點案例，結(jié)合少數(shù)其他案例，分析總結(jié)大數(shù)據(jù)在國際智慧城市規(guī)劃中的應用進展。

同時，本文參考智慧城市六大系統(tǒng)的分析框架，分別梳理大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)在各個系統(tǒng)的應用。需要指出的是，六大系統(tǒng)中的智慧經(jīng)濟側(cè)重產(chǎn)業(yè)發(fā)展，智慧市民側(cè)重教育、個人發(fā)展與社會公平等，與大數(shù)據(jù)相關(guān)性較弱，故不作探討。

2.1 大數(shù)據(jù)基礎設施

大數(shù)據(jù)的獲取與傳輸依賴于覆蓋廣泛、速度快捷的互聯(lián)網(wǎng)絡，因此互聯(lián)網(wǎng)基礎設施的鋪蓋與升級是智慧城市建設的必要環(huán)節(jié)。早在1993年，美國率先提出了國家信息基礎設施(NII)計劃，并隨后提出了全球信息基礎設施(GII)計劃。至今，已有大量國家或地方政府提出高速或超高速寬帶網(wǎng)絡建設計劃，如新加坡(2005)在“智慧國2015”(iN2015)計劃中提出建設全面覆蓋的超高速寬帶網(wǎng)絡等信息通訊基礎設施[15];倫敦計劃投資2 400萬英鎊以較低的價格為中小型企業(yè)提供超高速寬帶網(wǎng)絡;在英國智慧城市計劃競賽中入圍的布里斯托和伯明翰正分別投資l100萬英鎊和800萬英鎊用于寬帶網(wǎng)絡建設[16];芝加哥正在投資建設一條新的光纖網(wǎng)絡以使網(wǎng)速達到千兆級別，并希望以極具競爭性的價格吸引更多公司于芝加哥落戶。同時，隨著智能移動終端的普及，免費無線網(wǎng)絡也成為網(wǎng)絡基礎設施的建設重點，如倫敦正在與英國五大移動網(wǎng)絡運營商之一的O2公司合作建設歐洲最大的免費無線網(wǎng)絡，計劃鋪設在畫廊、博物館及全市150個地鐵站[17];紐約計劃在富爾頓街(Fulton Street)、BAM文化區(qū)等十余處街區(qū)提供免費無線網(wǎng)絡[18];舊金山試點在主要街道市場街(Market Street)提供免費無線網(wǎng)絡;阿姆斯特丹試點在艾瑟爾堡(IJburg)港口提供免費無線網(wǎng)絡[19];等。

在上述“硬件”基礎設施之外，“軟件”基礎設施--開放數(shù)據(jù)同樣是智慧城市建設的重要基礎。開放數(shù)據(jù)與眾包開發(fā)已成為國外智慧城市建設的必需環(huán)節(jié)。舊金山于2009年立法開放數(shù)據(jù)，是美國第一個為開放數(shù)據(jù)立法的城市，此后已有來自多個政府部門的500多組數(shù)據(jù)被發(fā)布，由此催生了200多項手機應用[20];紐約已開放2 400多組數(shù)據(jù)并從2009年起每年舉辦Big Apps程序開發(fā)競賽，是目前開放數(shù)據(jù)量最大的城市;倫敦也是全球最早推出開放數(shù)據(jù)平臺的城市之一，由此開發(fā)的手機應用已被大量下載;維也納、巴塞羅那、阿姆斯特丹、西雅圖、波士頓等城市均已開放幾百至千余組數(shù)據(jù);哥本哈根還計劃建設比開放數(shù)據(jù)平臺更為全面、結(jié)構(gòu)化、標準化的“開放價值網(wǎng)絡”(open value network)，統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)質(zhì)量，制定使用條款，并提供數(shù)據(jù)整合、可視化等服務[21]。

2.2 智慧管理

由城市運行所產(chǎn)生的交通、環(huán)境、市政、商業(yè)等各領(lǐng)域數(shù)據(jù)量是巨大的，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過合理的分析挖掘可產(chǎn)生大量傳統(tǒng)數(shù)據(jù)所不能反映的城市運行信息。目前與智慧管理相關(guān)的大數(shù)據(jù)來源主要包括由遍布全市的攝像頭收集的視頻影像，由各類傳感器收集的環(huán)境等方面信息，由各類終端收集的刷卡信息，由市民通過手機應用或社交網(wǎng)站貢獻的相關(guān)信息等。其應用方式主要體現(xiàn)在三個領(lǐng)域。一是實時監(jiān)控與突發(fā)事件處理，如巴塞羅那和格拉斯哥都計劃在全市大規(guī)模布置攝像頭或傳感器以及時識別火災、犯罪等異常情況;巴西里約熱內(nèi)盧還開設了一座建設有80 m寬監(jiān)視屏的城市運行控制中心，顯示來自全市900多個攝像頭的監(jiān)控影像，由來自30個不同部門的50名工作人員對洪水威脅、交通事故、管道泄漏等突發(fā)事件做出應急控制[22]。二是市政服務，如維也納、波士頓、格拉斯哥都推出(或計劃推出)用于報告市政故障的手機應用;而瑞典斯德哥爾摩自2007年至今已投資7 000萬歐元開發(fā)50多項電子服務，并藉此降低了城市的管理成本。三是公眾參與，大數(shù)據(jù)使人們得以構(gòu)建反映城市建成環(huán)境實時變化的三維可視化系統(tǒng)，這類系統(tǒng)可作為公眾參與的平臺，如Autodesk公司在德國班貝格市(Bamberg)開發(fā)的城市三維可視化系統(tǒng)被用于討論新鐵路線建設，市民使用iPad即可了解鐵路線對周邊環(huán)境的影響，節(jié)省了公眾參與的時間。

2.3 智慧出行

交通流的合理規(guī)劃與疏導是幾乎所有城市長期面臨的問題，而大數(shù)據(jù)的廣泛性與實時性則為解決這類問題提供了新的可能。目前大數(shù)據(jù)在智慧出行領(lǐng)域的應用主要體現(xiàn)在兩方面。一是交通流量實時監(jiān)控，如倫敦、波士頓和伯明翰(計劃)利用遍布全市的攝像頭監(jiān)控實時交通流量;伯明翰還將攝像頭和各類傳感器收集到的交通信息統(tǒng)一傳送至控制中心，由工作人員實時調(diào)控交通[16]。二是交通信息實時提供，如阿姆斯特丹和巴塞羅那通過安裝在停車場的傳感器為市民提供實時停車位信息，以引導居民合理出行;多倫多和巴塞羅那(計劃)為市民提供公交車實時位置信息;波士頓為學生家長提供校車位置信息;倫敦為市民提供公用自行車位置信息等。

2.4 智慧環(huán)境

在智慧城市概念出現(xiàn)之前，生態(tài)城市、低碳城市等概念就已被廣泛接受，也是新千年后全球城市發(fā)展的關(guān)注重點。目前大數(shù)據(jù)在智慧環(huán)境領(lǐng)域的應用主要體現(xiàn)在兩方面。一是能源使用管理，安裝在電網(wǎng)系統(tǒng)中的傳感器可實時收集用戶的能耗信息，并按時段調(diào)配能源供給或在電力峰值不同的建筑物之間進行電力融通，提高能源使用效率，如倫敦、阿姆斯特丹、西雅圖、斯德哥爾摩等許多城市都計劃推行智慧電網(wǎng)(Smart Grid)，日本千葉與日立公司合作建立了地區(qū)能源管理系統(tǒng)(AEMS)。二是環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控，如哥本哈根利用安裝在自行車輪上的傳感器收集空氣質(zhì)量信息，巴塞羅那利用安裝在路燈上的傳感器收集噪聲、污染信息等。

2.5 智慧生活

雖然智慧城市涉及大量技術(shù)內(nèi)容，但其核心價值仍在于為市民提供更高質(zhì)量的生活(Quality of Life)，這也是幾乎所有國外智慧城市建設項目所不斷強調(diào)的。目前大數(shù)據(jù)在此領(lǐng)域的應用主要體現(xiàn)在生活服務方面，如維也納、巴塞羅那、紐約等城市在開放數(shù)據(jù)的基礎上眾包開發(fā)了幾十種至上百種生活服務類手機應用，多倫多、格拉斯哥等城市則通過云計算等技術(shù)對實時信息進行分析并據(jù)此為市民提供更多生活服務實時信息。此外，思科公司提出了智慧連接社區(qū)概念(Smart + Connected Communities)，通過智能網(wǎng)絡系統(tǒng)將社區(qū)的服務、信息和人群等各類資源相結(jié)合，將物理空間的社區(qū)轉(zhuǎn)化為一個更加緊密聯(lián)系的社區(qū)[23]。但也可以看到，在醫(yī)療、教育這兩個智慧生活的重要方面，大數(shù)據(jù)尚未獲得較多實質(zhì)性的應用。

本文所選取的10座智慧城市案例在4個智慧城市子系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)相關(guān)應用如表2所示。

表2：大數(shù)據(jù)在智慧城市建設中的應用案例

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

大數(shù)據(jù)概念的提出是ICT技術(shù)，例如移動智能終端、物聯(lián)網(wǎng)等在當前社會生產(chǎn)、生活中廣泛應用和滲透的發(fā)展結(jié)果。智慧城市建設著眼于提升城市可持續(xù)發(fā)展能力和競爭力，并以提高城市生活品質(zhì)為根本目標，其規(guī)劃與建設需要依托于整合ICT的城市基礎設施規(guī)劃與建設，在運行和管理層面，智慧城市則需要大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)的支持。然而，大數(shù)據(jù)本身的三個特點--大容量、高速度和多樣性，則分別給大數(shù)據(jù)的存儲、處理及系統(tǒng)整合提出了巨大挑戰(zhàn)。目前來看，大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)在智慧城市規(guī)劃與建設中的應用取得了相當多的進展，但仍處于起步探索階段。一方面，其應用范圍較多局限在智慧城市各個子系統(tǒng)，較少有整合多個系統(tǒng)的應用案例，但也可以看到，整合多個城市系統(tǒng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)平臺也在構(gòu)建當中，如哥本哈根的“開放價值網(wǎng)絡”。另一方面，大數(shù)據(jù)在各個子系統(tǒng)的應用方式雖然具體內(nèi)容不同，但大多可歸納為實時信息的收集監(jiān)控、分析與推送，隨著長期大數(shù)據(jù)的積累，其應用方式有待獲得更多拓展，如我國的北京城市實驗室(BCL)正在利用多年積累的北京公交和軌道交通刷卡數(shù)據(jù)研究北京的城市貧困問題。

3.2 討論

大數(shù)據(jù)背景下，智慧城市規(guī)劃建設在理論與實踐層面都面臨著一系列挑戰(zhàn)。在規(guī)劃理論層面，智慧城市的系統(tǒng)性規(guī)劃理論目前尚處于孕育之中，但關(guān)于智慧城市子系統(tǒng)的理論研究則已經(jīng)逐步展開。例如倫敦大學學院(UCL)高級空間分析中心(CASA)基于地鐵刷卡數(shù)據(jù)的倫敦市民地鐵出行行為研究，新加坡-麻省理工學院技術(shù)研究聯(lián)合體(Singapore-MIT Alliance for Research and Technology)基于手機數(shù)據(jù)的新加坡市民24小時出行可視化與大數(shù)據(jù)分析等。不可否認，目前這些研究主要集中在ICT使用密集且已經(jīng)較為深入滲透的城市子系統(tǒng)(例如交通系統(tǒng)、土地利用系統(tǒng)等)，而對于智慧管理、智慧生活等子系統(tǒng)的研究還非常有限。這一方面在于這類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)更加復雜，相關(guān)數(shù)據(jù)的捕捉獲取技術(shù)也有待發(fā)展;另一方面在于相關(guān)研究所需的數(shù)據(jù)開放與整合面臨著多個政府部門之間行政權(quán)力的分割阻礙，這一問題在我國尤為明顯。因此，目前智慧城市的規(guī)劃與建設實踐大多表現(xiàn)為城市局部子系統(tǒng)的實踐。

此外，大數(shù)據(jù)與智慧城市的出現(xiàn)也為傳統(tǒng)城市規(guī)劃理論提出了新的挑戰(zhàn)。在過去半個多世紀，城市規(guī)劃理論經(jīng)歷了早期的藍圖式規(guī)劃到理性主義，再到后來的有限理性(bounded rationality)、漸進主義(incrementalism)以及溝通式規(guī)劃(communicative planning)的發(fā)展歷程，而發(fā)端于自然科學領(lǐng)域的復雜性科學思想(complexity thinking)雖然受到了部分城市規(guī)劃學者的關(guān)注，但到目前為止仍處于城市規(guī)劃思想的邊緣。然而城市本身以及城市規(guī)劃過程的復雜性，使得當今城市規(guī)劃實踐面臨著種種困境，進而導致了所謂的城市規(guī)劃“第三次理論危機”[39]。隨著大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與智慧城市規(guī)劃建設實踐的興起，大數(shù)據(jù)所體現(xiàn)的城市系統(tǒng)復雜性以及智慧城市規(guī)劃建設所需處理的各種新、舊問題的復雜性，使得城市規(guī)劃理論越加趨向于向復雜性理論轉(zhuǎn)變。

在規(guī)劃實踐層面，智慧城市建設除了需要解決大數(shù)據(jù)的存儲、組織、管理處理這一系列ICT領(lǐng)域技術(shù)問題外，其規(guī)劃所面臨的如下問題也有待深入探索。第一，如何規(guī)劃布局傳感器以及相關(guān)數(shù)據(jù)捕捉的軟、硬件設施，這將影響到最終獲得的大數(shù)據(jù)是否能夠全面、有效地描述整個城市系統(tǒng)。第二，如何能夠以經(jīng)濟、可持續(xù)的方式實現(xiàn)各類基礎設施升級，也即智慧城市所需的新型基礎設施建設與傳統(tǒng)基礎設施之間的更新?lián)Q代與對接問題。第三，由于大數(shù)據(jù)的來源往往分屬于不同政府職能部門管理(如交通部門與市政部門)，如何能促使各職能部門相互合作，真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)開放與有效整合。第四，在有效建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)系統(tǒng)后，政府將如何有效分析挖掘數(shù)據(jù)以促進規(guī)劃管理，同時數(shù)據(jù)的管理、維護和使用權(quán)責又將如何劃分，這也是智慧城市規(guī)劃在行政領(lǐng)域的頂層設計問題。第五，是在智慧城市新趨勢的影響下，傳統(tǒng)的規(guī)劃法律、法規(guī)、規(guī)章、規(guī)范以及實施標準與細則，需要進行怎樣的調(diào)整，相應的規(guī)劃方法又需要進行怎樣的轉(zhuǎn)變的問題。

雖然智慧城市和大數(shù)據(jù)在經(jīng)歷發(fā)展熱潮的同時也面臨著“炒作”、“泡沫”等質(zhì)疑，但可以肯定的是，隨著ICT的技術(shù)進步和應用滲透，以及市民生產(chǎn)生活方式的轉(zhuǎn)變，城市規(guī)劃建設的理論與實踐也將獲得相應擴充與調(diào)整，探索新的規(guī)劃方法并產(chǎn)生新的規(guī)劃思想，現(xiàn)在還只是開始。